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化肥减量配施有机肥对水稻产量及氮肥利用率的影响

范文

黄璐璐金海洋王站付严瑾顾见芹顾艾节

摘要?为研究水稻减肥条件下配施有机肥对水稻产量及氮肥利用率的影响，选用“秋优金丰”为供试品种，开展了一季大田试验，共设4组12个肥料运筹处理，分别为常规施肥处理、减肥20%处理、缺氮减肥20%处理、减肥20%+有机肥梯度配施、缺氮减肥20%+有机肥梯度配施。结果表明，当减肥20%有机肥施用量达11 250 kg/hm2时，产量相比减肥20%的条件下提高了9%（P<0.01），氮肥利用率与农学效率分别达42.36%、8.10 kg/kg。有机肥施用量达15 000 kg/hm2时，产量仅比有机肥11 250 kg/hm2时提高了0.92%（P>0.05），氮素利用效率与农学效率也降低了14.73%（P<0.05）、3.5%（P>0.05）。因此，综合考虑水稻产量与氮素利用效率，建议在常规施肥基础上减肥20%，有机肥施用量为11 250 kg/hm2 为宜。

关键词?水稻;化肥减量;有机无机配施;产量;氮肥利用率

中图分类号?S511?文献标识码?A?文章编号?0517-6611（2021）01-0138-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.01.037

Abstract?In order to study the effects of organic fertilizer on rice yield and nitrogen efficiency under the fertilizer reduction，“Qiuyou jinfeng” was selected as the test variety for the one-season field trial.A total of four groups of 12 fertilizers combined were used for treatment，including conventional fertilization， fertilizer reduction of 20%，no-nitrogen and fertilizer reduction of 20%， fertilizer reduction of 20%+organic fertilizer combined application， no-nitrogen and fertilizer reduction of 20%+ organic fertilizer combined application. The results showed that the fertilizer was reduced by 20%， the fertilizer application amount reached 11 250 kg/hm2， the yield was increased by 9%（P<0.01） when the fertilizer was reduced by 20%. Nitrogen utilization rate and agronomic efficiency reached 42.36% and 8.10 kg/kg， respectively. When the application amount of organic fertilizer reached 15 000 kg/hm2， the yield was only 0.92% higher than that of organic fertilizer at 11 250 kg/hm2 （P>0.05）. The nitrogen utilization efficiency was also 14.73% lower than that of agricultural efficiency （P<0.05） and 3.5% lower than that of agricultural efficiency （P>0.05）.Therefore， considering rice yield and nitrogen utilization efficiency comprehensively， it is recommended to reduce the amount of fertilizer by 20% on the basis of conventional fertilization， and keep the application amount of organic fertilizer at about 11 250 kg /hm2.

Key words?Paddy;Reduction of fertilizer application;Organic and chemical fertilizer combined;Yield;Nitrogen use efficiency

化學肥料作为重要的农业生产资源，在提高作物产量上起到重要作用[1]，但为片面追求作物产量而长期大量施用化肥容易出现土壤板结酸化，速效养分和有机质含量下降等问题[2]，导致肥料利用率下降，加剧农业面源污染，不利于生态环境保护和农业可持续发展。研究表明，有机肥能有效地培肥和改良土壤[3-5]，增加土壤养分、有机质含量以及土壤有益微生物数量，提高土壤肥力及酶活性[6-9]，很大程度地改善单施化肥对土壤带来的负面影响，同时也在一定程度上起到增产作用。

为减少化肥用量，提高化肥利用效率，减少农业面源污染，农业部发布了《到2020 年化肥使用量零增长行动方案》，上海市提出从2015年到2020年全市化肥用量减少20%的目标。研究表明单方面减肥不能很好地满足作物对肥料的持续需求，会导致一定程度的减产，有机肥与无机肥配合施用可协调平衡养分供应[10-11]，有利于作物生长，保证作物稳产。因此，需要在化肥减量20%的前提下，有效利用有机肥养分，明确化肥减量配施有机肥在农业生产中的施用量。

笔者通过水稻田间试验，研究化肥减量配施有机肥对水稻产量及氮肥利用效率的影响，探索有机肥配施的合适用量，为指导水稻合理施肥、化肥减施技术提供理论依据。

1?材料与方法

1.1?试验材料

试验品种为“秋优金丰”。供试肥料：复混肥料含N、P2O5、K2O均为15%，尿素含N 46%，碳铵含N 17%，过磷酸钙含P2O5 12%，氯化钾含K2O 60%。有机肥以猪粪为主料，菌菇渣等为辅料制成，含水量30%，烘干基养分含量为N 1.5%，P2O5 2%，K2O 1.5%。

1.2?试验地概况

试验于2018年5—12月在上海市奉贤区奉城镇协新村进行。供试土壤为水稻土，试验前耕层0～20 cm。试验地土壤pH为7.84，养分含量分别为水解性氮107 mg/kg，有效磷71.6 mg/kg，速效钾249 mg/kg，有机质14.6 g/kg。

1.3?试验设计

设12处理，3重复。随机区组排列，小区处理面积80 m2。常规区：常规施肥（T1）、常规施肥缺氮（T2）、氮磷钾减肥20%（T3）、缺氮磷钾减肥20%（T4）;减肥20%有机肥配施区：在氮、磷、钾减肥20%的基础上配施有机肥，有机肥梯度为3 750 kg/hm2（T5）、 7 500 kg/hm2（T6）、11 250 kg/hm2（T7）、 15 000 kg/hm2（T8）;缺氮减肥20%有机肥配施区：不施氮肥，在磷、钾减肥20%的基础上配施有机肥，有机肥梯度为3 750 kg/hm2（T9）、 7 500 kg/hm2（T10）、11 250 kg/hm2（T11）、 15 000 kg/hm2（T12）。除肥料处理不同外，其他田间栽培管理措施同常规（表1）。

1.4?测定项目与方法

1.4.1?土壤理化性质。

试验实施前采集0～20 cm基础土样，测定基本理化性状。在施肥之前采集苗床和试验大田土壤样品，以“S”型的布点方式，用不锈钢取土器采集耕作层深度10～20 cm的土壤15点，混合后去除小石块、植物残根残枝等杂物。自然风干后，采用四分法留取1.5 kg备用待测。参照《土壤农化分析》[12]进行土壤指标测定：土壤pH用pH计法测定，有机质用油浴加热-重铬酸钾容量法测定，全氮用凯氏定氮法测定，有效磷用钼锑抗比色法测定，速效钾用乙酸铵浸提-火焰光度法测定，碱解氮用碱解扩散法测定，亚硝酸盐用紫外分光光度法测定。

1.4.2?田间考察、测产方法。

分蘖后期，采集有代表性的5株，用钢卷尺测量株高，株高为植株从露出土壤根部至顶端的距离。叶绿素用SPAD-502plus叶绿素仪测量小麦剑叶的叶尖、中部和基部的SPAD值，取其平均数作为叶片的SPAD值。

有效穗數：除每穗结实不满5粒不计以外，凡抽穗结实的均为有效穗，以“万穗/hm2”表示;每穗实粒数：包括每穗上的实粒和已脱落的总数，以“粒/穗”表示。千粒重：以晒干扬净（粳谷标准含水率14.5%）为标准，混匀取样，任取1 000粒称重，以2次重量相差不大于3%为准，计千粒重，以“g”表示。

1.4.3?植株和籽粒养分含量。

在分蘖期及成熟期分别取5株长势均匀一致的植株，分蘖期为地上植株，成熟期为植株和籽粒两部分，在105 ℃迅速杀青30 min，然后在75 ℃下烘干至恒重，测定全氮、全磷、全钾含量。全氮用自动定氮仪法[13]测定，全磷用钼锑抗比色法[14]测定，全钾用火焰光度计法[15]测定。

氮（磷、钾）吸收量（kg/hm2）=（籽粒产量×籽粒养分含量+秸秆产量×秸秆养分含量）/100;

氮肥利用率（NRE）=（施氮处理地上部氮素吸收量-缺氮处理地上部氮素吸收量）/施氮量×100%;

植株氮素吸收效率（NUP）=施氮区地上部氮吸收量/施氮量×100%;

氮肥农学效率（NAE，kg/kg）=（施氮处理籽粒产量-缺氮处理籽粒）/施氮量;

氮肥偏生产力（NPFP，kg/kg）=施氮处理籽粒产量/施氮量。

1.5?数据处理?数据处理采用Excel 2007软件，方差分析采用DPS V7.05统计软件，多重比较采用LSD法。

2?结果与分析

2.1?不同施肥处理对水稻植株性状的影响

由表2可知，不同施肥处理对水稻各生长时期的植株性状均有一定影响。缺氮（T2）、减肥20%缺氮（T4）处理与缺氮有机配施处理（T9）的株高、SPAD、穗长均低于其他处理，彼此间无显著差异，株高、SPAD与其他处理间差异显著，缺氮有机配施处理（T9）的株高、SPAD均显著低于缺氮有机配施处理（T10～T12），表明氮肥是影响水稻生长的主要因素，缺氮配施少量的有机肥对植株性状提高不明显。常规施肥（T1）各植株性状均最高，减肥20%常规施肥均极显著低于常规施肥（T1），表明化肥减施20%不利于水稻生长。各有机配施处理（T5～T8）与缺氮有机配施处理（T9～T12）的植株性状均随着有机肥的增施而提高，有机配施处理（T8）的植株生长情况均相比其他有机配施处理弱，表明配施有机肥一定程度上促进植株生长，而在常规减肥条件下，过量施用有机肥对植株生长作用不大。有机配施处理（T5～T8）与减肥常规处理（T3）分蘖期的株高差异不显著，成熟期的有机配施处理（T7）的株高显著高于有机配施处理（T5、T8）与减肥常规处理（T3），有机配施处理（T6～T8）的植株叶绿素含量极显著高于有机配施处理（T5）与减肥常规处理（T3），有机肥配施处理（T7）的穗长显著高于有机配施处理（T5）与减肥常规处理（T3），表明配施有机肥对分蘖期株高影响不大，适量配施有机肥植株的叶绿素与成熟期株高和穗长提高明显。

2.2?不同施肥处理对水稻产量的影响

由表3可知，所有处理中，常规施肥（T1）的有效穗、实粒数、千粒重、产量均最高，与减肥20%常规处理（T3）呈极显著差异。常规缺氮处理（T2）显著高于减肥20%常规处理（T4），差异不显著，表明磷钾肥对水稻产量及其构成也有一定的影响。各有机配施处理（T5～T8）与缺氮有机配施处理（T9～T12）产量及其构成均随着有机肥量的增加呈上升趋势。产量方面，有机配施处理（T7、T8）与缺氮有机配施处理（T11、T12）分别极显著高于有机配施处理（T5、T6）与缺氮有机配施处理（T9、T10），有机配施处理T7与T8以及缺氮有机配施处理T11与T12的产量间均无显著差异，说明在常规减肥20%导致水稻减产的情况下，适量增施有机肥能提高水稻产量，但当有机肥达到一定量时，再增施对其增产的作用不大。

2.3?不同施肥处理对水稻植株养分吸收量的影响

由表4可知，不同处理对水稻养分积累存在不同的影响。各养分积累量在减肥20%有机肥配施区（T5～T8）整体高于缺氮减肥20%有机肥配施区（T9～T12），表明氮素能有效促进水稻养分吸收。在常规减肥处理中氮的养分积累为T1>T3>T2>T4，差异极显著，表明减肥20%极显著地降低了氮素的吸收积累。减肥20%配施有机肥的处理中，吸氮量和吸钾量随着有机施肥量增加呈先增后降的趋势，处理T5～T7逐级显著增加，有机肥再增施至处理T8水平时，吸收氮和钾的数量又显著下降，表明过量施入有机肥会抑制氮、钾养分的吸收积累;而磷素的吸收量均随有机肥用量的增加而显著提高。化肥减量20%的情况下，随着配施有机肥用量的增加（T5～T8），水稻吸收磷、钾养分逐级显著提高，且均显著高于常规施肥，这表明有机肥中含有较多的磷、钾养分，能促进水稻对磷、钾的吸收。

2.4?不同施肥处理对水稻氮肥利用率的影响

由表5可知，所有施氮处理中，减肥20%处理（T3）的氮肥利用率、氮素吸收效率、氮肥农学效率、氮肥偏生产力相比常规处理（T1）均有所提高，差异显著，表明减肥20%能有效提高水稻的氮肥利用率与农学效率。有机配施处理（T7）的氮肥利用率、氮素吸收效率最高，与其他处理差异显著，氮肥农学效率仅次于减肥20%处理（T3），差异不显著，有机配施处理（T5～T8）的氮肥偏生产力随有机肥的增施而提高，氮肥利用率、植株氮素吸收效率、氮肥农学效率在有机配施处理（T5～T7）呈同样趋势，但有机配施处理（T8）有所降低，表明施用有機肥能在一定程度上提高氮肥利用率与农学效率，但过量施用不利于作物养分吸收，导致氮肥利用率与农学效率降低。

3?结论与讨论

氮肥是影响水稻植株性状和收获情况的主要因素，在一定用量范围内，增施氮肥可以促进有效分蘖产生，穗数增多，产量显著提高[16]。该试验中常规施肥缺氮（T2）、缺氮减肥20%（T4）和缺氮有机肥配施（T9～T12）水稻植株的叶绿素、株高以及产量均显著差于非缺氮处理，表明在氮肥缺失下，单纯施用有机肥对植株生长及收获作用不大。该试验中常规减肥20%的植株性状显著差于常规施肥，植株的吸氮量也显著降低，表明化肥减施减少了植株的氮素积累，无法满足水稻生长中对养分的需求，导致减肥处理生长能力较弱。随着有机肥的增加，水稻植株的长势情况相比减肥条件下得到有效改善，但当有机肥施用量达15 000 kg/hm2时，氮素吸收显著降低，水稻植株性状均有所降低。表明配施有机肥一定程度上促进植株生长，但过量施用有机肥可能会抑制植株生长。研究表明高量有机无机肥配施，会使水稻前期养分供应太少，导致养分吸收不足[17]，影响植株生长，这与该研究结果基本一致。

常规施肥条件下，化肥减施会导致一定程度的减产，该研究中常规处理的有效穗、实粒数、千粒重、产量均最高，与减肥20%常规处理呈极显著差异。有机肥的增施使产量得到显著提高，可能由于有机无机肥配施，提高了功能叶的净光合速率，增加水稻前期干物质的积累，从而提高水稻产量[18-19]，但高量施用有机肥对其增产作用很小，当有机肥施用量达15 000 kg/hm2时，水稻产量不再大幅度增加。朱菜红等[20]研究指出有机肥与化肥必须适量施用，过量施用可能会影响根系微生物活性，使作物对养分的吸收率降低，导致减产。该研究中高量施用有机肥虽未出现减产，但增产效果相比前3个有机肥增施梯度大幅度减弱。

化肥过量施用会降低肥料的利用效率，该研究中减肥20%的氮肥利用率与农学效率显著高于常规施肥。氮肥的利用率与农学效率随着有机肥的增加而提高，当有机肥施用量达7 500 kg/hm2时，与减肥20%处理无显著差异，但有机肥施用量达15 000 kg/hm2时，两者均有所降低。

在常规施肥减量20%的基础上，适当增施有机肥，利于氮磷钾养分的积累，对水稻生长和养分积累较为有利。施用量为11 250 kg/hm2时，氮肥的利用效率、农学效率和产量均得到有效提高，有机肥施用量达15 000 kg/hm2时，氮素利用效率较低，产量增加也有限。综合考虑水稻产量与氮素利用效率，建议在常规施肥基础上减肥20%，有机肥施用量以11 250 kg/hm2为宜。

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